Tähdenmuotoinen nanomateriaali muuttaa energian varastointia

Nanoskaalassa luotuina materiaalit voivat muistuttaa muotoja, kuten tähtiä, tankoja tai jopa pyramideja.

Nämä hiukkasmuodot, jotka tunnetaan myös kiinteän aineen morfologioina, tarjoavat enemmän kuin vain mielenkiintoisia kuvia mikroskoopilla – ne voivat määrittää, miten materiaali käyttäytyy, joskus dramaattisilla tavoilla.

Buffalon yliopiston tutkijat ovat osoittaneet tämän ilmiön luomalla kaikkien aikojen ensimmäisen tähden muotoisen vanadyylihydroksidin (VOOH) ja osoittaneet, että tämä muoto voi muuttaa perusteellisesti materiaalin energian varastointitapaa.

Kun tämä metallipohjainen kemikaali alun perin muodostui tasaisiksi, levymäisiksi kerroksiksi, se varastoi energiaa sisäisesti kuin akku. Mutta kun se kehittyi rypäsmäisiksi sauvoiksi ja lopulta tähdenmuotoisiksi rakenteiksi, sen käyttäytyminen muuttui kohti pseudokondensaattoria, joka varastoi energiaa pinnalle tai sen lähelle.

”Yksinkertaisesti muuttamalla materiaalin morfologiaa voit muuttaa sen sähkökemiallista käyttäytymistä ja siten muuttaa sitä, mitä sillä voi tehdä”, sanoo vastaava kirjoittaja Luis De Jesús Báez.

Tutkimus ja siihen liittyvät mikroskooppikuvat voisivat tarjota näkemyksiä hybridi-energian varastointijärjestelmien suunnitteluun, jotka toimittavat energiaa nopeasti kondensaattorin tavoin ja samalla varastoivat sitä pidempään kuten akku. He ehdottavat myös, että materiaalin muodon hallitseminen voisi vaikuttaa sen elektronien käyttäytymiseen, mikä on keskeinen tekijä uusissa teknologioissa, kuten kvantti- ja neuromorfisessa laskennassa.

”Opimme yhä enemmän, että materiaalin ominaisuuksia eivät määrää pelkästään kemiallinen koostumus tai atomikiderakenne – myös morfologia on otettava huomioon”, De Jesús Báez sanoo.

Materiaalin luominen alkaa siemenestä – muutaman atomin muodostamasta ryppaasta, joka voi oikeissa olosuhteissa ja ajan myötä kasvaa kiinteäksi aineeksi.

De Jesús Báezin tiimi syntetisoi VOOH:ta ja tarkkaili sen rakenteen kehittymistä 84 tunnin ajan, jolloin se oli läpikäynyt litteän, tankomaisen ja saavuttanut kuusihaaraisen, tähdenmuotoisen muodon joka varastoi osan energiastaan pinnalle tai sen lähelle.

Aiheesta aiemmin:

Interkalatoitu pseudokapasitanssi

MXene energian varastointiin: Monipuolisempi kuin odotettiin